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Process プロセス

半導体製造プロセス

半導体デバイスは、ウェーハと呼ばれる高純度の単結晶シリコン基板上に微細加工を繰り返すことにより作り上げられます。

ウェーハには、先端デバイス向けとして微細化に対応する300mmウェーハとIoT向けとして少量多品種の生産に適した200mmウェーハがよく用いられます。

1. 洗浄

半導体の基になるシリコンウェーハを洗浄します。ウェーハに少しでも汚れがあると、回路に欠陥が生じてしまいます。

そのため、薬液を使って超微細なパーティクル(ゴミ)をはじめ、製造工程で発生した微量の有機汚染や金属汚染、油脂、大気に触れることで生成される自然酸化膜など、あらゆる汚染を除去します。

2. 成膜

ウェーハ上に回路の素材となる酸化シリコンやアルミニウムなどの薄膜を形成します。成膜の方法には、イオンをアルミニウムなどの金属にぶつけて分子や原子をはがし、ウェーハ上に堆積させる「スパッタ法」、銅配線の成膜で使われる「電気メッキ法」、ウェーハの表面に特殊なガスを供給して化学反応を起こし、そこで生成された分子の層を膜とする「CVD法」、ウェーハを加熱することで表面に酸化シリコンの膜を形成する「熱酸化」などがあります。

3. 成膜後洗浄

成膜後に付着した微細なパーティクルをブラシやNanospray(ナノスプレー)、純水などの物理洗浄で除去します。

4. レジストコーティング

レジスト(感光液)をウェーハ表面に塗布します。ウェーハを回転させ、遠心力で均一なレジスト膜を形成します。

5. 露光

回路パターンが描画されたマスクを通して波長の短い遠紫外線を照射し、光が当たった部分だけのレジスト膜を変質させてパターンを転写します。露光機には、数チップ分ずつに分けて繰り返し露光するステッパー、スリットを移動させながら露光するスキャナーなどがあります。

6. 現像

現像液を吐出してウェーハ上の露光された部分を溶かし、薄膜の表面を露出させます。このとき、露光されずに残った部分のレジストが次工程のエッチングのマスクとなり、そのレジストパターンが下層部のパターンとなります。

7. エッチング

フッ酸、リン酸などの薬液で露出した薄膜を腐食し、除去します。これによりパターンを形成します。また、イオンをぶつけて薄膜を削り取るドライエッチングもあります。

8. 不純物注入

シリコン基板に半導体の特性を持たせるため、リンやボロンなどの不純物イオンをウェーハに注入します。

9. 活性化

注入した不純物イオンを活性化させるため、フラッシュランプやレーザー照射による熱処理を行います。
極小のトランジスタを作るには一瞬で活性化させる必要があります。

10. レジスト剥離

ウェットステーションなどを使って薬液で剥離する方法、ガスと化学反応させることでレジストをアッシング(灰化)する方法があります。アッシング後にも洗浄が行われます。

11. 組み立て

一つ一つのチップに切り分け(ダイシング)、リードフレームと呼ばれる金属の枠に金線で接続(ワイヤーボンディング)し、プラスチック製の樹脂で封入(パッケージング)します。